Аналоги тринисторов - эквивалентные схемы на транзисторах
1956 года в США была опубликована статья [1], в которой впервые описан тринистор - четырёхслойный полупроводниковый прибор с управляемой S-образной вольт-амперной характеристикой.
Его условное графическое изображение и эквивалентная схема показаны на рис. 1. С тех пор ассортимент тринисторных и симисторных структур значительно расширился, но в результате естественного отбора преимущественное распространение получили тринисторы классической структуры.
Рис. 1. Транзисторный аналог тринистора.
Наряду с неоспоримыми достоинствами, у тринисторов выявились и недостатки: низкое входное сопротивление, неудовлетворительные частотные свойства, значительное падение напряжения на открытом приборе и др.
Проблема низкого входного сопротивления была решена созданием в 1981 -1984 гг. тринисторов, представляющих собой комбинацию полевого, в том числе с изолированным затвором транзистора, и обычного тринисторов [2, 3]. Эквивалентные схемы некоторых из этих приборов показаны на рис. 2.
Рис. 2. Эквивалентные схемы.
Ниже приведено несколько схем три-нистороподобных структур, построенных с использованием полевых транзисторов с изолированным затвором. Далеко не все они идеальны, но при дальнейшем совершенствовании могут послужить основой для создания тринисторов, обладающих улучшенными свойствами.
На рис. 3 показан пример аналога тринистора с ключевым элементом структуры КМОП в цепи управления. Его недостатки - невысокое рабочее напряжение (до 15 В) и значительное падение напряжения в открытом состоянии (до 3 В).
Достоинства - высокое входное сопротивление (около 1 МОм), повышенное быстродействие. Для дальнейшего уменьшения падения напряжения в открытом состоянии можно применить современную модификацию КМОП-микросхемы, способную работать при напряжении питания менее 3 В.
Рис. 3. Пример аналога тринистора с ключевым элементом структуры КМОП в цепи управления.
На рис. 4 изображён аналог тринистора на двух полевых транзисторах с разными типами проводимости каналов. Он отличается тем, что имеет два управляющих электрода.
Для его открывания управляющий электрод УЭ1 достаточно на мгновение соединить с катодом либо на управляющий электрод УЭ2 кратковременно подать напряжение выше 4,1 В.
Для закрывания достаточно, как обычно, на мгновение разорвать цепь анода либо подать на управляющий электрод УЭ2 напряжение ниже 4 В (0...4В), в том числе просто соединив УЭ2 с катодом. Падение напряжения между анодом и катодом этого аналога тринистора в открытом состоянии - около 5 В при токе анода 10 мА. При закрытом тринисторе и напряжении анод-катод 12 В ток не превышает 12 мкА.
Рис. 4. Аналог тринистора на двух полевых транзисторах с разными типами проводимости каналов.
Аналог тринистора, схема которого изображена на рис. 5, также выполнен на двух полевых транзисторах с изолированными затворами и каналами разной проводимости, но отличается тем, что исходно находится в открытом состоянии.
Это обусловлено начальным неравенством сопротивления каналов транзисторов VТ1 и VТ2 в момент подачи напряжения анод-катод аналога. Чтобы закрыть такой тринистор, подают управляющее напряжение 0...2,5 В на управляющий электрод УЭ1.
Можно просто соединить этот электрод с катодом. Повторно открывают тринистор соединением управляющего электрода УЭ2 с катодом или кратковременным отключением напряжения анод-катод.
Рис. 5. Аналог тринистора на двух полевых транзисторах с изолированными затворами и каналами разной проводимости.
Структура аналога тринистора, изображённого на рис. 6, напоминает классическую, показанную на рис. 2, но он имеет дополнительный управляющий электрод УЭ2, на который подают закрывающий сигнал. Минимальное напряжение открывания такого тринистора по входу УЭ1 - 1,35 В.
Рис. 6. Схема аналога тринистора.
Показанный на рис. 7 аналог тринистора при напряжении между управляющим электродом и катодом менее 1 В закрыт, и ток в цепи анод-катод не превышает 2 мкА. При управляющем напряжении выше указанного тринистор открывается.
Рис. 7. Схема аналога тринистора.
Аналог тринистора, схема которого показана на рис. 8, имеет защиту управляющего электрода стабилитроном VD1 - на 6,8 В и частично наследует свойства предыдущего схемного решения - открывается при управляющем напряжении более 1 В.
Поскольку входное сопротивление управляющего электрода велико, он подвержен наводкам, которые могут привести к самопроизвольному открыванию тринистора.
Рис. 8. Схема аналога тринистора.
Чтобы снизить входное сопротивление, рекомендуется подключить между управляющим электродом и катодом резистор сопротивлением 51 кОм. В этом случае тринистор станет открываться при напряжении на управляющем электроде выше 1,4 В.
М. Шустов, г. Томск. Р-12-2016.
Литература:
- Moll J. L., Tanenbaum М., Goldey J.M., Holonyak N. P-N-P-N Transistor Switches. - Proc. of the IRE, 1956, Vol. 44, Iss. 9, p. 1174-1182.
- Leipold L., Stengl J. P., Tihanyi J. FETcontrolled thyristor. - Patent USA 4502070. Pend. 22.06.1981. Res. 26.02.1985.
- Temple V. A. K. MOS-Controlled Thyristors. - IEEE Electron Devices Meeting, Abstract 10.7, 1984, Vol. 30, p. 282-285.